Екатерина Георгиевна Градова родилась 6 октября 1946 года в Москве в семье известного архитектора, профессора, член-корреспондента Академии архитектуры и альпиниста Георгия Александровича Градова (1911—1984 при одном из восхождений на Памир у него отказало сердце) и актрисы Театра им. Гоголя Раисы Ивановны Градовой (1923—2011). Училась в Московском институте иностранных языков, Школе-студии МХАТ (руководитель курса — Василий Петрович Марков). Была замужем за Андреем Мироновым, у них родилась дочь Мария Миронова — сегодня популярная актриса кино и театра.
Самое первое зрительское признание пришло к актрисе Екатерине Градовой в 1969 году, когда, будучи студенткой 4-го курса Школы-студии МХАТ, она сыграла главную роль А. Н. Негиной в спектакле «Таланты и поклонники» Московского академического театра им. Вл. Маяковского. Спектакль был поставлен выдающимися деятелями русского театра: постановка М. И. Кнебель, художник Ю. И. Пименов, актёры В. М. Орлова, Г. П. Кириллов, В. Я. Самойлов, Г. А. Анисимова, А. С. Лазарев, М. М. Штраух и другие.
Известность в кинематографе к актрисе пришла в 1973 году после выхода на экраны знаменитого телефильма Семнадцать мгновений весны, в котором она сыграла роль радистки Кэт.
Постепенно театр потерял для Екатерины Георгиевны привлекательность, а после смерти бывшего мужа, Андрея Миронова, стал просто тяготить. Так совпало, что и интересной работы там становилось всё меньше.
Когда внуку Градовой Андрюше исполнился месяц, актриса ушла из театра совсем.
Потом Екатерина пришла к вере в Бога. Старалась помогать детям-сиротам и брошенным старикам. Даже создала благотворительный фонд. Окончила курс в Свято-Тихоновском богословском институте. Затем преподавала в гимназии, в русской школе. Градова придумала предмет — «Живое слово»: изучение словесности, основанное на Евангелии и Библии, на русской классике. Сейчас при Всероссийском детском православном движении «Вестники» Градова ведёт занятия в киноклубе. Актриса много ездит, путешествует. Она с удовольствием занимается историей искусств, краеведением. Спустя много лет Градовой часто звонят, приглашают на встречи, просят интервью.
В настоящее время Екатерина Градова замужем, уделяет много внимания дочери и воспитанию внука. По словам Градовой, внук Андрей очень похож на деда — Андрея Миронова — он воспроизводит его мимику, слова, жесты, хотя и никогда не видел знаменитого актёра. Уже больше десяти лет Екатерина Георгиевна зимой живёт в Москве, а на лето уезжает в Судогду Владимирской области.
Екатерина Градова и Игорь Тимофеев познакомились в паломнической поездке в Оптину пустынь.